Newton beşiği hakkında | Momentum, enerji ve tık

Özdeş toplardan bir sıra

Newton beşiği bir çerçeve ve eşit uzunlukta iplere asılı özdeş metal toplardan oluşan bir sıradır. Dururken toplar birbirine ancak değer. Her top aynı sarkaçtır: aynı kütle, aynı uzunluk, aynı salınım.

Gördüğünüz

Bir uçtaki topu kaldırıp bırakırsınız. Düşer ve sonraki topa çarpar. Enerji ve momentum, neredeyse kımıldamayan ortadaki topların içinden geçer. Yalnızca öteki uçtaki top, neredeyse aynı hızla yükselir. İki kaldırılırsa iki top diğer taraftan savrulur. Üç kaldırılırsa üç savrulur. Ayrılan sayı, gelen sayıdır.

Momentumun korunumu

Momentum, kütle çarpı hızdır. Kapalı bir sistemde toplam değişmez. Tık o kadar kısadır ki iplerin çekmeye vakti olmaz; o anda toplar kapalı bir sistemdir. Bir yandan gelen momentum diğer yandan ayrılır. Salınımın geri kalanında ipler yana çeker. Yalnızca topların yatay momentumu o zaman sabit değildir. Çerçeve farkı tutar.

Enerjinin korunumu

Kinetik enerji hareketin enerjisidir. Potansiyel enerji yüksekliğin enerjisidir. Kaldırılmış bir top potansiyel enerji tutar. Düşerken o kinetik olur. Tık kinetik enerjiyi geçirir ve uzaktaki top, hareket yeniden yükseklik olana kadar tırmanır. Sonra geri düşer ve beşik yinelenir.

Esnek bir çarpışma

Esnek bir çarpışma kinetik enerjiyi hareket olarak tutar. Çok azı ısıya ya da çelikte bir göçüğe gider. Bu yüzden ayrılan top, gelen kadar hızlıdır neredeyse. Yalnızca momentum başka paylaşımlara izin verirdi. Bir top iki kat hızla ayrılabilir ya da bütün toplar birlikte ileri sürünürdü. Bu paylaşımlar kinetik enerjiyi boşa harcar. Esnek tık her iki yasayı da tutan paylaşımdır ve beşiğin gösterdiği budur: aynı sayıda top, aynı hızla, diğer tarafta.

Sonunda neden durur

Beşik kusursuz esnek değildir ve boşlukta da değildir. Hava direnci her salınımı sürükler. Her tık biraz daha enerjiyi ses ve metalin çok küçük bir sıkışması olarak harcar. Salınımlar kısalır, toplar durgun asılı kalır.

PictorX’te deneyin

Newton beşiğini açın: bir top çoktan kalkmıştır. Yüksekliği seçmek için bir ucu sürükleyin ya da Top ve Kaldırma değerlerini ayarlayın. Top 3’ten 7’ye gider. Sürtünme havadır, Sıçrama tıkın ne kadar esnek olduğudur. Gösterge her uçtaki hızı, sonra yüksekliği, hareketi ve toplamlarını verir. Bir PNG kaydedin ya da görüntüyü PictorX düzenleyicisinde açın.

Sık sorulan sorular

Neden yalnızca uzaktaki top hareket eder?

Topların kütlesi eşittir ve tık neredeyse esnektir. Momentum ile enerjiyi birlikte koruyan tek sonuç, gelen topun durması ve uzaktaki topun aynı hızla ayrılmasıdır. Ortadakiler o rahatsızlığı geçirir ve yerinde kalır.

İki top neden iki top çıkarsın?

İki top birlikte bir hızla gelir. O hızla ayrılan iki top momentumu da enerjiyi de korur. İki kat hızlı ayrılan tek bir top momentumu tutar, enerjiyi ise atar.

Momentum bütün süre boyunca korunur mu?

Tık sırasında, evet. Tam bir salınımda ipler çeker, bu yüzden topların yatay momentumu değişir ve çerçeve farkı üstlenir. Hava ve tık dışında sabit kalan enerjidir.

Newton beşiği neden durur?

Hava her salınımı yavaşlatır ve her tık biraz enerjiyi ses ve ısı olarak kaybeder. Sürtünme sıfırken ve sıçrama kusursuz esnekken benzetilen beşik sallanmaya devam eder.